自动控制元件及线路-惯性传感器及总结
自控元件知识点总结
自控元件知识点总结一、概念自控元件是指能够接受输入信号，并通过内部的控制电路进行处理，输出相应的控制信号，从而实现对被控对象的控制。
自控元件可分为传感器、执行器和控制器等多种类型。
其中，传感器用于检测被控对象的状态或参数，并将其转换为电信号输出；执行器则根据控制信号执行相应的动作；控制器则用于对输入信号进行处理，并产生相应的控制信号，实现对被控对象的控制。
二、分类根据自控元件的功能和应用场合，可以将其分为多种不同的类型。
按照功能来看，自控元件可分为传感器、执行器和控制器。
按照工作原理来看，自控元件可分为电气类、机械类、液压类、气动类等。
按照应用场合来看，自控元件可分为工业自动化控制、家用电器控制、汽车控制等。
另外，根据自控元件的工作原理和结构特点，还可将其进一步分为电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路等多种类型。
三、工作原理传感器是自控元件中最为重要的部分之一。
传感器的工作原理主要包括感应原理、光电原理、电化学原理、声波原理等。
感应原理是指利用电磁感应现象或压电效应将被控对象的参数变化转换成电信号输出。
光电原理是指利用光电元件的反射、透射或吸收等特性将被控对象的参数变化转换成光信号输出。
电化学原理是指利用被控对象的化学反应过程产生的电流或电压来输出相应的电信号。
声波原理是指利用被控对象的声波振动产生的压电效应将其转换成电信号输出。
执行器的工作原理主要包括电磁原理、压电原理、电动机原理等。
电磁原理是指通过电磁场产生的力矩或位移来实现动作输出。
压电原理是指利用压电效应对被控对象进行加压或变形的输出。
电动机原理是指通过电流产生的磁场力来实现执行器的动作输出。
控制器的工作原理主要包括逻辑控制原理、比例控制原理、微分控制原理等。
逻辑控制原理是指通过逻辑门电路实现对输入信号的处理，并产生相应的开关控制信号。
比例控制原理是指根据输入信号和设定值之间的比例关系，通过放大或减弱控制信号来实现对被控对象的控制。
自动控制元件及线路-测量元件概述-哈工大
静特性
变换函数是描述静特性的数学方程（理论的、理想的） 结构和形式是在分析的基础上建立的 参数通过实际标定确定，统计分析、曲线拟合等 大多数测量元件：y=kx
灵敏度
灵敏度：输出量的微小增 量与输入量微小增量的比 值，变换函数的一阶导数 或静特性曲线的斜率。 非线性的，不同的点有不 同的灵敏度。 线性的静特性，灵敏度不 变。
悬停
巡航飞行
高速飞行
无人机控制系统结构
整体结构设计
机载控制系统
主控制单元
姿态控制 高度传感器 风速传感器
无人机控制系统结构
转速传感器 温度传感器 IMU模块 GPS模块 摄像头
涵 道 式 旋 翼 无 人 飞 行 器
飞行控制 抗干扰控制 起降控制
传 感 器 单 元
执 行 器 单 元
发动机油门 伺服舵机1 伺服舵机2 伺服舵机3 伺服舵机4
u
TL
km R Ls
y 1 1 s Js D
y
测量元件组成
把物理量转化 成电路参量
感受或响应被 测量并转化成 另一种物理量
转换特定形式的 电量（调节、转 换、放大、运算、 调制）
测量元件: 检测出一种量并转换成容易处理的另一种量。 功能：检测和转换。 处理：放大、加减、积分、微分、滤波、存储和传送。 容易处理的量：主要指的是电信号。
定义、作用、组成和分类
2
3
元件特性 讨论
4
测量元件在控制系统中的作用
校正元件 输入 控制器 功率元件 功放 执行元件 执行器 被控 对象 输出
测量元件
执行元件：功能是驱动被控对象，控制或改变被控量
放大元件：提供能量，将微弱控制信号放大驱动执行元件。 校正元件：作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到 规定的性能指标 测量元件：将一种量按照某种规律转换成容易处理的另一种量的元件。 （将外界输入信号变换为电信号的元件。）
惯性传感器的介绍
惯性传感器介绍构成惯性传感器包括加速度计（或加速度传感计）和角速度传感器（陀螺）以及它们的单、双、三轴组合IMU（惯性测量单元），AHRS（包括磁传感器的姿态参考系统）。
MEMS加速度计是利用传感质量的惯性力测量的传感器，通常由标准质量块（传感元件）和检测电路组成。
IMU主要由三个MEMS加速度传感器及三个陀螺和解算电路组成。
分类惯性传感器分为两大类：一类是角速率陀螺；另一类是线加速度计。
角速率陀螺又分为：机械式干式﹑液浮﹑半液浮﹑气浮角速率陀螺；挠性角速率陀螺；MEMS硅﹑石英角速率陀螺（含半球谐振角速率陀螺等）；光纤角速率陀螺；激光角速率陀螺等。
线加速度计又分为：机械式线加速度计；挠性线加速度计；MEMS硅﹑石英线加速度计（含压阻﹑压电线加速度计）；石英挠性线加速度计等。
惯性传感器作用原理(1)．科里奥利(Coriolis)原理：也称科氏效应（科氏力正比于输入角速率）。
该原理适用于机械式干式﹑液浮﹑半液浮﹑气浮角速率陀螺；挠性角速率陀螺；MEMS硅﹑石英角速率陀螺（含半球谐振角速率陀螺）等。
Coriolis法国物理学家（1792年～1843年）。
(2)．萨格纳（Sagnac）原理：也称萨氏效应（相位差正比于输入角速率）。
该原理适用于光纤角速率陀螺；激光角速率陀螺等。
Sagnac法国物理学家（1869年～1926年），居里夫妇的朋友。
1913年发明萨氏效应。
术语1. 角速率陀螺术语(1)．测量范围（°/ S）Measurement Range也称量程。
指陀螺仪能测量正、反方向角速率的额定值范围。
在此额定值范围内，陀螺仪刻度因数非线性满足规定要求。
(2)．刻度因数（mV /°/ S）Scale Factor (Sensitivity)也称刻度因子、标度因数、梯度、灵敏度。
指陀螺仪输出量与输入角速率的比值。
该比值是根据整个输入角速率范围内测得的输入、输出数据，通过最小二乘法拟合求出的直线的斜率。
自动控制元件及线路(DOC)
绪论1. 控制元件的分类：按功能分类：执行元件、放大元件、测量元件、补偿元件*执行元件：功能是驱动控制对象，控制或改变被控量（输出量）。
（电机）执行元件---它是控制系统最基本的组成部分。
常见的执行元件有：电动机、液压马达或气动马达。
其中应用最广的是电动机。
系统对执行元件的基本要求是：（1）具有良好的静特性；（2）快速响应的动态特性；测量元件：功能是将被测量检测出来并转换成另一种容易处理和使用的量（例如电压）。
（电位器）。
测量元件一般称为传感器，过程控制中又称为变送器。
放大元件：功能是将微弱信号放大，分为前置放大元件和功率放大元件两种。
功率放大元件的输出信号具有较大的功率，可以直接驱动执行元件。
补偿元件（校正元件）：为了确保系统稳定并使系统达到规定的精度指标和其他性能指标，控制系统的设计者增加的元件。
作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到规定的性能指标。
2. 从物理角度，磁场是由电流产生的。
磁场与电流的关系由安培环路定律（全电流定律）定律描述。
3. 描述H与I的关系。
nH d I =為I 、 Hh -NI 或NI:磁势。
1i生4. 电磁感应定律说明变化的磁场，可以产生电势，以及电流。
电磁力（力矩）是由磁场产生的。
第一章电动机及其控制1. 直流电机基本结构：按运动状态：定子和转子两部分。
按功能：磁极、电枢绕组、换向器和电刷（功能将电刷上的直流变为绕组内部的交流）三部分。
磁极在定子上，电枢绕组在转子上。
换向器在转子上，电刷在定子上。
2. 铁磁物质的特点有哪些？1）磁导率J大，是真空磁导率10的2000〜6000倍。
2）」不是恒量，随磁场强度H变化。
3）存在一个临界温度一一居里点，高于此温度时，磁导率降到真空磁导率。
3. 绝对磁滞回线曲线图形两个物理量是什么？Br :剩磁磁密（简称剩磁）He :矫顽磁力。
4. 铁耗主要包括是哪个方面的什么损耗？磁滞损耗加涡流损耗。
5. 直流电机工作原理6. 电磁力定律：大小：F = HB 方向：左手定则电磁感应定律：大小： e = vBI 方向：右手定则7. 电动机产生转矩的条件是什么？同性磁极下电流相同。
自动控制元件及线路
s
∫ B cos θ d S
B, θ 不变
Φ = Φm cosθ
可以认为磁密B与 可以认为磁密 与 磁场强度向量H 有关。 磁场强度向量 有关。 磁场强度向量H 的关系是: 磁场强度向量 与B 的关系是 B=µH
从物理角度，磁场是由？产生的？ 从物理角度，磁场是由？产生的？ 磁场是由电流产生的。 电流产生的 磁场是由电流产生的。 磁场与电流的关系由？定律描述？ 磁场与电流的关系由？定律描述？ 安培环路定律（全电流定律）。 安培环路定律（全电流定律）。 的关系。 描述 H 与 I 的关系。
自动控制技术应用广泛。 自动控制技术应用广泛。 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 温度，压力，流量， 重量。 温度，压力，流量，液位 ，重量。 从控制装置所在环境看， 从控制装置所在环境看，空中的飞行器 ， 大海中的现代化舰船， 地面上的自动化装置 ，大海中的现代化舰船， 深海中的潜艇。 深海中的潜艇。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。
Fem
1 2 dRδ = Φδ 2 dδ
3）磁极间的力 ） 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ
p =1
0
∼
+
90
o
0
+
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ 0 ∼ 90 p=1 0 + +
o
∼
180
o
+
0
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
3．放大元件 功能是将微弱信号放大。 ． 功能是将微弱信号放大。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 可以直接驱动执行元件。 可以直接驱动执行元件。 4．补偿元件（校正元件） 为了确保系统稳 ．补偿元件（校正元件） 定并使系统达到规定的精度指标和其他性能 指标，控制系统的设计者增加的元件。 指标，控制系统的设计者增加的元件。 作用是改善系统的性能， 作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠 地工作并达到规定的性能指标。 地工作并达到规定的性能指标。
自动操纵元件与线路
一、传感器的选型传感器作为测量或监测系统的首要环节，是获取准确、靠得住信息的重要手腕。
在智能大棚中，传感器能够测量温度、湿度、CO2，光照等信息，并将测得的数据送到操纵部份，经操纵部份分析处置后转化为操纵信号后，再驱动电机等进行工作。
因此，传感器部份是智能大棚整体结构中的重要环节。
下面别离详细地分析讨论智能大棚中各类传感器的选择。
1.温度传感器的选择温度是阻碍茄子产量和品质的要紧环境因子之一,在不同的生长时期对温度的要求也不尽相同,茄子幼苗生长发育所要求的适宜温度较高，一样为2230C ︒。
若是温度高于33C ︒或低于15C ︒，对茄子的幼苗生长发育都是不利的。
因此，选择高精度、高性能的温度传感器是咱们的一项极为重要任务。
温度传感器是指能够感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部份，种类繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，依照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
温度传感器有四种要紧类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和IC 温度传感器。
IC 温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
为了进行靠得住的温度测量，第一就要选择正确的温度仪表，其中最经常使用的确实是以上四种要紧类型。
下面将详尽阐释几种常见的温度传感器特点及应用，并从当选择适合的传感器用作大棚温度的测量工具。
1.1 热敏电阻热敏电阻是用半导体材料制成的热敏元件，可分为负温度系数热敏电阻（NTC ）和正温度系数热敏电阻（PTC ）。
负温度系数热敏电阻的应用较为普遍，其电阻温度特性曲线可用公式/B t Rt Ae =表示，式中Rt 是温度为t C ︒时的电阻值，A,B 为常数。
热敏电阻的温度系数大,灵敏度高;体积小,能够测量点温度;固有电阻大,因此无需考虑延长导线时的误差补偿;热惯性小,适合动态测量;造价低;寿命长。
可是, 热敏电阻器的精度和长期稳固性都不是很理想,而且非线性严峻、互换性差。
自动控制元件及线路 第五版 梅晓榕 课后答案
自动控制元件及线路第五版梅晓榕课后答案第一章简介1.1 自动控制的定义自动控制是指利用设备和线路来实现对系统或过程的自动管理和控制。
通过引入传感器、执行器和控制器等元件，可以使系统实现自动运行、自动调节和自动控制。
1.2 自动控制系统的组成自动控制系统主要由以下几个部分组成：•传感器：用于感知被控对象的状态或变量。
•执行器：用于执行控制信号，控制被控对象的状态或变量。
•控制器：通过对传感器的反馈信息进行处理，并生成控制信号，实现对被控对象的控制。
•信号调理电路：用于处理传感器信号，使其符合控制系统的输入要求。
•电源电路：为控制系统提供稳定的电源。
•通信线路：用于传输控制信号和传感器信号。
•被控对象：即需要被控制的系统或过程。
1.3 自动控制系统的分类自动控制系统可以按照不同的标准进行分类。
常见的分类方法包括按照控制方式、按照控制对象、按照控制任务等等。
按照控制方式可以分为开环控制和闭环控制。
开环控制是指控制器仅根据系统输入信号的设定值进行控制，不考虑被控对象的实际输出信号。
闭环控制则是根据系统输出信号与设定值的偏差来调节控制器的输出信号，实现对被控对象的精确控制。
按照控制对象可以分为连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象的输入与输出变量是连续变化的，如温度、压力等。
离散控制系统则是指被控对象的输入与输出是离散的，如开关等。
按照控制任务可以分为调节控制和跟踪控制。
调节控制是指对被控对象的输出变量进行调节，使其达到设定值。
跟踪控制则是指控制系统需要根据某个参考输入信号来跟踪输出信号，如跟踪轨迹等。
第二章传感器2.1 传感器的基本原理传感器是通过物理、化学、生物等效应来实现将被测量物理量转换为电信号的装置。
传感器的基本原理可以分为以下几种：•电阻性原理：根据被测量物理量对电阻的影响，如热敏电阻、应变电阻等。
•电容性原理：根据被测量物理量对电容的影响，如电容式湿度传感器等。
•压阻性原理：根据被测量物理量对压阻的影响，如压力传感器等。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结自动控制原理是现代工程领域非常重要的一门学科，它关注的是如何利用各种技术手段来实现对系统的自动化控制。
在这篇文章中，我将对自动控制原理的一些关键知识点进行总结，以帮助读者更好地理解和掌握这门学科。
一、基本概念自动控制系统是由被控对象、传感器、执行器和控制器组成的一种系统，其目标是使被控对象按照期望的方式运行。
被控对象可以是各种物理系统，如机械系统、电气系统等。
传感器用于测量被控对象的状态，执行器用于对被控对象施加控制力，而控制器则根据传感器的反馈信号和期望的输出信号来决定执行器的动作。
二、控制系统的基本组成控制系统由三个主要组成部分构成：测量部分、决策部分和执行部分。
测量部分包括传感器和信号调理电路，用于测量被控对象的状态和输出信号。
决策部分包括控制器，其根据测量信号和期望输出信号进行计算，并生成控制命令。
执行部分由执行器组成，负责根据控制命令对被控对象进行控制。
三、控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指在一定的工作条件下，系统的输出能够保持在期望范围内，不发生不可接受的偏离。
稳定性是控制系统设计中最重要的要求之一。
常见的稳定性分析方法包括输入-输出稳定性分析和李雅普诺夫稳定性分析。
四、反馈控制系统反馈控制系统是一种常用的自动控制系统，其控制器的输出信号是根据传感器的反馈信号和期望输出信号进行计算的。
反馈控制系统能够根据实际输出来调整控制命令，以实现系统的稳定性和准确性。
常见的反馈控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制。
五、开环控制系统与反馈控制系统相对应的是开环控制系统，其控制器的输出信号只是根据期望输出信号进行计算的，没有考虑传感器的反馈信息。
开环控制系统的控制效果受到系统参数变化和外部扰动的影响较大，容易导致系统的稳定性和准确性下降。
六、PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，其由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成。
比例控制部分根据控制误差的大小进行调整；积分控制部分根据控制误差的累积值进行调整；微分控制部分根据控制误差的变化率进行调整。
传感器总结
传感器总结第一篇：传感器总结传感器总结传感器，顾名思义就是传递自身感受的仪器，听起来好似很简单，那为什么我们需要单独开设这门课程呢？传感器是新技术和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋。
日本把传感器技术列入十大技术之首，日本商业界人士称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。
世界技术发达的国家对传感器技术都十分的重视。
传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅速发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。
如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。
从以上可以看看出传感器是一项非常重要的技术。
而作为一名测控技术与仪器专业的学生，既然要测量，肯定就会用各种各样的传感器，以达到不同的测量要求，那么学好传感器这门课就显得异常重要。
与传感器的接触下，经常会思考一些有关传感器的问题，比如：在传感器的发展初期，当还没有出现“传感器”这个词语的时候，人们是怎么想到要发明这些东西的，它是怎么感受四周的变化的？通过什么感受到的？又是怎么传递这种感觉的？想着，想着，缺乏传感器专业知识的我就会陷入困境。
迫使自己去查阅书籍文献，来解决这些问题。
在这一学期中，我们学到了很多种传感器，霍尔式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器和超声波传感器等等，而这些传感器有的不仅可以测出位移，还可以测量加速度等。
一种传感器有多种用途，这就决定了我们要活学活用。
初次见到这些名字的传感器的时候，实在很难想象它们是怎么测出我们所需要的量的，同时还能测出其他的量。
所以，传感器其实是一门生动的课，我们只有认真地听课，再加上积极地思考平时出现在生活中的传感器的应用，同时努力尝试着去做一些简易的传感器仪器，才能真正地不愧于一学期的学习。
我觉得传感器是一门绝对离不开PPT的课程，如果光是老师在讲台上拿着书本一阵狂念，还不如我们自己去琢磨。
当老师每次举出一个传感器的实际应用时，就颇为受用，难以理解的传感器一下子变得生动能够想象它的工作模式了，所以非常支持老师选用PPT教学，但唯一美中不足的是PPT跟课本不配套。
课件(一)：惯性传感器简介
惯性传感器简介(修改稿)目录前言一.惯性传感器分类 (2)二.惯性传感器工作原理 (3)三.惯性传感器术语 (5)1. 角速度陀螺术语2. 线加速度计术语四.惯性传感器灵敏极性 (9)1. 角速度陀螺的灵敏极性2. 线加速度计的灵敏极性五.惯性传感器的安装要求 (10)六.惯性传感器的测量 (12)1.角速度陀螺的的测量2.线加速度计的的测量七.惯性传感器的应用 (20)1. 角速度陀螺的功用2. 线加速度计的功用3 惯性传感器的应用技术领域4 MEMS角速度陀螺应用注意事项前言⑴我国最先的机械式框架陀螺仪__汉代被褥香炉。
它是我国西汉（公元前206年~公元24年）时期的产品，用于皇家贵族。
此刻该陀螺仪寄存陈列于陕西法门寺展览馆内。
被褥香炉的特点是：不管香炉怎么转动，香炉内的柴炭或其它炽热物体或香料都可不能掉出来，完全依托转动自如的机械道轨运转。
咱们的先人实在是了不起！⑵至少在1962年，我入大学时买的《俄华辞典》里没有传感器（дАтчик）那个单词。
到上世纪七十年代又是苏联人发表一篇文章说21世纪将是传感器的时期。
是的，现代一辆高级小轿车已用到上百个传感器，其中惯性传感器占较大比例。
因此，咱们公司此刻的进展方向是对的。
一. 惯性传感器分类惯性传感器分为两大类：一类是角速度陀螺；另一类是线加速度计。
角速度陀螺又分为：机械式干式﹑液浮﹑半液浮﹑气浮角速度陀螺；挠性角速度陀螺；MEMS硅﹑石英角速度陀螺（含半球谐振角速度陀螺等）；光纤角速度陀螺；激光角速度陀螺等。
线加速度计又分为：机械式线加速度计；挠性线加速度计；MEMS硅﹑石英线加速度计（含压阻﹑压电线加速度计）；石英挠性线加速度计等。
而惯性测量单元（IMU—Inertial Measurement Units）﹑惯性导航系统(INS—Inertial Navigation System)（含平台式﹑捷联式惯性导航系统及GPS╱INS组合导航系统，GPS—全世界定位系统Global Position System）﹑垂直陀螺﹑航姿系统﹑倾角传感器等那么是由这两大类衍生出来的有效惯性产品。
控制器件 03力与惯性传感器
第3章 力与惯性传感器
3.1.2 压电传感器
1. 电阻应变片
• 测量电阻应变片的电阻值，一般采用两种形 式：一种是电位器的形式，即将电源电压通 过分压电阻后加到应变电阻上；另一种方法 是电桥测量法，即将应变电阻和固定电阻组 成电桥。
第3章 力与惯性传感器
3.1.1 力-位移转换装置
2. 液体压力-位移转换
弹性金属弯管的截面 为椭圆形，当弹性金属弯 管内部压力大于外部压力 时，弹性弯管发生形变， 使椭圆形截面变圆并使弯 管变直。
第3章 力与惯性传感器
3.1.1 力-位移转换装置
3. 气体压力-位移转换
• 膜盒由表面呈波纹状 的金属弹片制成。
ke为挠性支承弹性系数 ka为放大电路放大倍数 Rs为信号输出电阻
ks为信号器传递系数 kt为力矩器传递系数 Rs为固定输出电阻
第3章 力与惯性传感器
§3.2 加速度表
3.2.3 挠性加速度表
与带轴承的加速度表比较，挠性加速度表 有如下明显的特点： 第一，无支承摩擦力矩。 第二，浮液及温控要求较低。 第三，结构简单，工艺性好，成本低。
f0 f (P,T )
• 由于振动筒的谐振频率还与温度有关，因此， 在厂家生产传感器时，针对每个传感器都测量 出了温度补偿数据，保存在EPROM中。使用时， 读出温度补偿数据进行温度补偿。
第3章 力与惯性传感器
§3.2 加速度表
3.2.1 加速度表基本原理
• 加速度表根据牛顿第二定律来测量加速度。
3.3.2 机械框架式陀螺仪
1、三自由度陀螺
自动控制原理硬件设计知识点总结
自动控制原理硬件设计知识点总结自动控制原理硬件设计是指在自动控制系统中，通过硬件电路和元器件的设计来实现对被控对象的控制和监测。
本文将对自动控制原理硬件设计中的几个重要知识点进行总结，包括传感器、执行器、信号调理电路和模拟电路设计等方面。
一、传感器传感器是自动控制系统中的重要组成部分，起着将被控对象的信息转换成电信号的作用。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
在硬件设计中，需要考虑传感器的选择、连接方式以及信号处理等方面。
1. 传感器的选择在选择传感器时，需要根据被控对象的特性和控制需求进行合理选择。
例如，对于温度传感器，可选择热电偶、热敏电阻等类型的传感器，而对于压力传感器，可选择应变片、压阻传感器等类型的传感器。
2. 传感器的连接方式传感器与控制系统之间需要进行信号的传输，常用的连接方式有模拟电压输出和数字信号输出两种。
在硬件设计中，需要根据实际需求选择合适的连接方式，并设计相应的接口电路。
3. 传感器信号处理传感器输出的信号通常需要经过一定的处理，例如放大、滤波、线性化等。
在硬件设计中，需要设计合适的信号调理电路，以确保传感器信号的准确性和稳定性。
二、执行器执行器是自动控制系统中的另一个重要组成部分，用于将控制信号转换成能对被控对象产生作用的力、力矩或位移等。
常见的执行器包括电动机、气缸、伺服阀等。
1. 执行器的控制方式执行器的控制方式有开关控制和调速控制两种。
在硬件设计中，需要根据控制需求选择合适的控制方式，并设计相应的电路。
2. 执行器驱动电路执行器通常需要驱动电路来提供足够的电能或功率。
在硬件设计中，需要根据执行器的特性设计合适的驱动电路，以确保执行器的正常工作和可靠性。
三、信号调理电路信号调理电路用于对传感器输出的信号进行放大、滤波、变换等处理，以提高系统对被控对象的感知能力和信号质量。
常见的信号调理电路有放大电路、滤波电路、AD转换电路等。
1. 放大电路放大电路用于增加传感器信号的幅度，使其能够达到控制系统的工作范围。
初中劳技技术传感器与控制知识点总结
初中劳技技术传感器与控制知识点总结传感器与控制是劳技技术教学中的重要内容，它们是现代科技与工程技术的重要基础。
在初中劳技技术课程中，学生们通常会接触到与传感器与控制相关的知识。
本文将对初中劳技技术中传感器与控制的主要知识点进行总结与介绍。
一、传感器的基本概念和分类1. 传感器的定义：传感器是一种能够将非电信号（如温度、压力、光强等）转化成电信号的装置。
2. 传感器的分类：- 按照测量对象分类：温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
- 按照工作原理分类：- 电阻传感器：通过改变电阻值来感知环境变化，如变阻器。
- 电容传感器：通过测量电容的变化来感知环境变化，如触摸屏。
- 光电传感器：通过光电效应来感知环境变化，如光电开关。
- 磁敏传感器：通过测量磁场的变化来感知环境变化，如磁传感器。
- 超声波传感器：通过测量超声波的反射来感知环境变化，如超声波测距传感器。
- 其他传感器：如声传感器、湿度传感器等。
二、控制系统的基本概念和组成1. 控制系统的定义：控制系统是将传感器获得的信息通过执行器的作用，对被控制对象进行调节和控制，使之达到期望的状态。
2. 控制系统的组成：- 输入部分：传感器用于感知环境参数。
- 处理部分：由信号处理器和控制器组成，对输入信号进行处理和控制。
- 输出部分：由执行器完成控制任务，将控制信号转化为各种控制行动。
三、控制系统的工作过程1. 传感器感知环境参数：传感器根据输入信号进行转换，将环境的非电信号转化为电信号。
2. 信号处理和控制：经过信号处理器和控制器的处理，以获取所需信息进行逻辑运算，制定控制策略。
3. 输出控制信号：将处理后的控制信号发送给执行器，执行器将其转化为相应的控制行动。
4. 环境响应：被控制对象（如电机、灯泡等）根据控制行动进行反应，经过一系列调整，使系统达到期望状态。
四、常见的传感器与控制器1. 声传感器：能够将声音信号转化为电信号的装置。
可以用于测量声音强度、声波频率等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自动控制元件及线路测量元件
惯性传感器
哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心伊国兴
导航
将与动物体从甲地导引到目的地乙地的技术。
导航是一门古老而又年轻的技术。
古代导航
航海
惯性导航
惯性导航是利用惯性敏感
元件（陀螺仪、加速度计）
测量载体相对于惯性空间
的线运动和角运动参数，
在给定的初始条件下，输
出载体的姿态参数和导航
定位参数。
惯性导航基本原理
惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。
陀螺仪
1765，俄国数学家和物理学
家欧拉发表《刚体绕定点运
动理论》，导出刚体绕定点
转动的动力学方程，为陀螺
仪理论奠定了基础。
1778，法国科学家拉格朗日
建立了在重力力矩作用下定
点转动刚体的运动微分方程
组。
1852年法国科学家Foucault研制成世界上第一台试验用陀螺罗经。
1908年Anschutz在德国、1909年
Sperry在美国，先
后制成了用于舰船
导航的陀螺罗经。
这可以作为陀螺仪
应用技术的形成和
发展的开端。
二战末期，在德国的V-2火箭上第一次装上了初级的惯性制导系统。
1936年开始研制共发射1千3百多枚。
冯·布劳恩博士。
50年代MIT和北美航空公司先后研制出惯性级精度的液浮陀螺仪和三轴陀螺平台的惯性系统方案(Charls Stark Draper)。
1954年惯导系统在飞机上试验成功（穿越美国）。
1958年“舡鱼”从珍珠港附近潜入深海，依靠惯导系统穿越北极到达英国波特兰港，历时21天，航程8146mile。
这表明惯性导航技术在50年代已经趋于成熟。
60年代初期，出现了比液
浮陀螺结构简单、成本低
的动力调谐陀螺。
60年代末期用液浮陀螺仪、气浮陀螺仪和动力调谐陀
螺仪构成的平台式惯导系
统大量装备各种载体。
20世纪50年代初美国伊利
诺伊大学诺尔德西克
(Nordseick A. T.)教授提
出静电陀螺仪概念。
1976年美国霍尼韦尔公司
的SPN-GEANS装备B52，系
统长时间定位误差0.02n mile/h。
70年代以静电陀螺仪构成的高精度平台式惯导系统进入实用阶段。
激光陀螺仪达到了惯性级精度。
相继出现了光纤陀螺仪和半球谐振陀螺仪。
80年代，以激光陀螺仪构成的捷联式惯导系统获得了工程应用，这是惯性导航技术发展进程中又一个重要的
里程碑。
90年代以来，采用微电子
机械加工技术制造的各种微传感器和微机电惯性仪表脱颖而出，年增长速度达到30%。
硅微惯性技术
硅微惯性技术
高速转子：质量不平衡易受加速度影响、需要预热
更高要求：减少体积、质量、功耗、成本，增加可靠性、降低维修费用减少寿命周期成本
非转子陀螺：激光陀螺、光纤陀螺、半球谐振陀螺、石英音叉陀螺、微机械陀螺
加速度计：振子型、光子型和电子型
MEMS技术、单晶硅
硅微惯性仪表特点
硅微惯性仪表特点
微型化、集成化
体积小、重量轻
低成本、批量化
高可靠、低功耗
数字化、智能化
范围宽、限制少
惯性技术发展历史
惯性技术应用(II)
惯性技术应用(I)
惯性技术应用(III)
惯性技术发展的制约因素
导航的种类
惯性导航
无线电导航
地磁导航
地形匹配导航
星光导航
卫星导航
组合导航
无线电导航
不受时间、天气限
制，精度高，作用距
离远、方定位时间
短，设备简单可靠；
易被发现和干扰，需
要载体外的导航台支
持，易发生故障
地磁导航
无源自主、抗干扰能
力强、无积累误差、
精度适中
算法复杂、需要补偿、
需预先测量地磁场
地形匹配导航
精度高，不受气象条
件的影响
对地形有要求，远程
飞行困难
自主性、隐蔽性、误
差不累计
成本高、算法复杂、姿态测量
高精度、全天候、高效率、多功能、不发散
使用范围受限、易受
干扰、非自主
惯性导航的特点
原理简单，精度高
对导航计算机要求低
独立自主，不依赖于任何外部信息
不辐射能量，隐蔽性好
工作范围广，空中、地表、地底、水下皆可 对环境、天气等无要求，能全天候工作
不易被电子干扰
距离越远，时间越长，误差越大
组合导航
应用一个或多个辅助敏感器与惯性系统组合使惯性器件漂移引起的位置误差达到有界，从而提高系统的性能
深组合、多传感器容错组合、多模态、多功能、智能化
微惯性仪表特点
微型化、集成化
体积小、重量轻
低成本、批量化
高可靠、低功耗
数字化、智能化
范围宽、限制少
部件数量与可靠性
固定翼
直升机
无人机
战略战术导弹
战车
单兵装备
现代工业
汽车
消费电子
MEMS 2007年为惯性系统市场份额MEMS 2007年为惯性系统市场份额
MEMS市场预测
加速度计、陀螺市场分析
高
低
1
50
2
10
汽车自动绘图
低中0.005100701再入车辆高高0.05100105下投军需品中高0.05100201巡航火箭低中0.05100200.5远距离火箭中中0.0053001005短距离火箭中低0.055025商用飞机中高0.00510061军事飞机GPS/INS
市场可能性
潜在发展标准因子精度%
最大速(°/s)加速度G ′s 稳定性(°/h)应用
微陀螺
微陀螺
QRS 系列微陀螺
Crossbow 公司VG 振动陀螺系列
CRS 环形振动陀螺
微机电陀螺仪分类
微机电加速度计分类
检测质量运动方式：线振动、角振动
检测质量支撑方式：扭摆式、悬臂梁式、弹簧式 信号检测方式：电容式、电阻式、谐振式、热对流式、隧道电流式
控制方式：开环、闭环。